(57)【要約】【課題】リニアモータ用の可動子の移動距離とセンサの検出タイミングとを同期させたロータリーエンコーダを提供する。【解決手段】フォトマイクロセンサ１０が、可動子２１からの距離が回転体２の回転軸４と同じで、該可動子２の移動方向と平行な回転体２の外周部でスリット７に対応させて配設されている。フォトマイクロセンサ１０が、回転体２の回転が速くなっていく場合は、スリット幅が順次広くなっていくスリット７が対応し、回転が遅くなっていく場合は、スリット幅が順次狭くなっていくスリット７が対応する。回転体２の回転が速くなっていく場合は、フォトマイクロセンサ１０の信号出力タイミングが順次遅くなり、回転が遅くなっていく場合は、信号出力タイミングが速くなって、可動子２１の移動とフォトマイクロセンサ１０の信号出力のタイミングとを同期させることができる。【選択図】図１
2007135283.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
厚さ方向に着磁して、長手方向に一定長さのＮ極とＳ極が交互に形成された磁極体からなるリニアモータの可動子の移動を検出するため、
該可動子の移動方向に略直交させるとともに、前記磁極体の着磁方向に略直交させて配置した回転軸に軸支して、外周面若しくは側端面に複数のスリットを形成した回転体と、
該回転体に配置して、前記可動子の移動に伴う磁極の変化により吸引・反発の関係で回転体を回転させる磁石と、
該回転体の回転に伴う前記スリットの通過を検出するセンサと、
を備えたロータリーエンコーダにおいて、
前記可動子の移動距離と前記センサの検出タイミングとが同期するように、前記磁石の配置に応じて前記スリットの幅若しくはスリットの間隔の少なくとも一方を変化させたことを特徴とするロータリーエンコーダ。
【請求項２】
厚さ方向に着磁して、長手方向に一定長さのＮ極とＳ極が交互に形成された磁極体からなるリニアモータの可動子の移動を検出するため、
該可動子の移動方向に略直交させるとともに、前記磁極体の着磁方向に略直交させて配置した回転軸に軸支して、外周面若しくは側端面に複数のスリットを形成した回転体と、
該回転体に配置して、前記可動子の移動に伴う磁極の変化により吸引・反発の関係で回転体を回転させる磁石と、
該回転体の回転に伴う前記スリットの通過を検出するセンサと、
を備えたロータリーエンコーダにおいて、
前記可動子の移動距離と前記センサの検出タイミングとが同期するように、前記磁石の配置に応じて前記スリットの幅若しくはスリットの間隔の少なくとも一方を変化させるとともに、隣り合うスリットの幅とスリットの間隔を等しくしたことを特徴とするロータリーエンコーダ。
【請求項３】
前記磁石は、前記回転軸を挟んでＮ極とＳ極が形成された２極構造であって、該磁石の着磁方向と略平行な径方向の部位のスリットの幅若しくはスリットの間隔の少なくとも一方を、該着磁方向と略直交する径方向の部位のスリットの幅若しくはスリットの間隔の少なくとも一方よりも広くするとともに、前記センサを、前記可動子からの距離が前記回転軸と略同じで、該可動子の移動方向と略平行な前記回転体の外周部、若しくは前記可動子からの距離が前記回転軸と略同じで、該可動子の移動方向と略直交する前記回転体の側部に配設したことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のロータリーエンコーダ。
【請求項４】
前記可動子の移動距離と前記センサの検出タイミングとが同期するように、前記磁石の配置に応じて前記スリットの幅若しくはスリットの間隔の少なくとも一方を変化させるとともに、前記回転体を平板状に形成して、前記センサを前記回転体の外周面に対応させて配置したことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のロータリーエンコーダ。
【請求項５】
前記磁石の着磁方向と略平行な径方向の部位のスリットから、該着磁方向と略直交する径方向の部位のスリットに向かって、各スリットの幅若しくはスリットの間隔の少なくとも一方を段階的に変化させたことを特徴とする請求項１乃至請求項４の何れかに記載のロータリーエンコーダ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁石可動型リニアモータ用の可動子の移動を検出するロータリーエンコーダに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
特開２００４−３３６８５３号公報には、リニアモータ可動体の位置検出装置が開示されている。リニアモータは、リニアモータ固定子とリニアモータ可動子及び可動体を備えている。リニアモータの可動体の位置検出装置は、エンコーダ用磁石とロータリーエンコーダを備えている。リニアモータ固定子は、複数個のマグネットを長手方向（リニアモータ可動子及び可動体の移動方向）に、隣り合う磁極が異なるように並べたものである。また、上記位置検出装置のエンコーダ用磁石は、２極着磁（Ｎ，Ｓ）構造のもので、可動体に設けたエンコーダ駆動軸に回転可能に取り付けられている。このエンコーダ磁石とリニアモータ固定子のマグネットは非接触で対向するマグネットカップリングを構成している。そして、リニアモータ可動子及び可動体が、リニアモータ固定子に沿って移動すると、リニアモータ固定子の複数のマグネットとエンコーダ磁石の２つの磁極Ｎ，Ｓとの間に生じる吸引・反発作用により該エンコーダ磁石が回転する。このエンコーダ用磁石の回転量をロータリーエンコーダにより検出して、可動体の移動位置を検出している。
【０００３】
しかしながら、エンコード用磁石のマグネットが２極構造若しくは４極構造の場合のように極数が少ない場合は、エンコード用磁石の回転速度にむらが生じる。特に２極構造の場合は可動体ｍの移動に伴い、図５（ａ）〜（ｄ）に示すように回転する。この場合、図６に示すように１／４回転毎に、回転が速くなったり遅くなったりして回転むらが生じる。このため、図５（ａ）から（ｂ）を経て（ｃ）へ移行するときのように、エンコード用磁石ｎが速く回転するときには、ロータリーエンコーダの位置検出タイミングが速くなり、可動体ｍが実際には到達していない位置を検出してしまう。また、同図（ｃ）から（ｄ）を経て（ａ）へ移行するときのように、エンコード用磁石ｎが遅く回転するときには、ロータリーエンコーダの位置検出タイミングが遅くなり、可動体ｍが既に通過してしまった位置を検出してしまう。このため、高精度の位置制御ができないという問題点が有る。
一方、回転むらを無くすためにエンコード用磁石の極数を多くすると、エンコード用磁石の径が大きくなり大型化してしまう。
【特許文献１】特開２００４−３３６８５３
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は、上記問題点を解決するためになされたもので、リニアモータ用の可動子の移動距離とセンサの検出タイミングとを同期させたロータリーエンコーダを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記の目的を達成するための請求項１に記載のロータリーエンコーダは、厚さ方向に着磁して、長手方向に一定長さのＮ極とＳ極が交互に形成された磁極体からなるリニアモータの可動子の移動を検出するため、該可動子の移動方向に略直交させるとともに、前記磁極体の着磁方向に略直交させて配置した回転軸に軸支して、外周面若しくは側端面に複数のスリットを形成した回転体と、該回転体に配置して、前記可動子の移動に伴う磁極の変化により吸引・反発の関係で回転体を回転させる磁石と、該回転体の回転に伴う前記スリットの通過を検出するセンサと、を備えたロータリーエンコーダにおいて、前記可動子の移動距離と前記センサの検出タイミングとが同期するように、前記磁石の配置に応じて前記スリットの幅若しくはスリットの間隔の少なくとも一方を変化させたことを特徴とする。
【０００６】
請求項２に記載のロータリーエンコーダは、厚さ方向に着磁して、長手方向に一定長さのＮ極とＳ極が交互に形成された磁極体からなるリニアモータの可動子の移動を検出するため、該可動子の移動方向に略直交させるとともに、前記磁極体の着磁方向に略直交させて配置した回転軸に軸支して、外周面若しくは側端面に複数のスリットを形成した回転体と、該回転体に配置して、前記可動子の移動に伴う磁極の変化により吸引・反発の関係で回転体を回転させる磁石と、
該回転体の回転に伴う前記スリットの通過を検出するセンサと、を備えたロータリーエンコーダにおいて、前記可動子の移動距離と前記センサの検出タイミングとが同期するように、前記磁石の配置に応じて前記スリットの幅若しくはスリットの間隔の少なくとも一方を変化させるとともに、隣り合うスリットの幅とスリットの間隔を等しくしたことを特徴とする。
【０００７】
請求項３に記載のロータリーエンコーダは、請求項１又は請求項２に記載の構成において、前記磁石は、前記回転軸を挟んでＮ極とＳ極が形成された２極構造であって、該磁石の着磁方向と略平行な径方向の部位のスリットの幅若しくはスリットの間隔の少なくとも一方を、該着磁方向と略直交する径方向の部位のスリットの幅若しくはスリットの間隔の少なくとも一方よりも広くするとともに、前記センサを、前記可動子からの距離が前記回転軸と略同じで、該可動子の移動方向と略平行な前記回転体の外周部、若しくは前記可動子からの距離が前記回転軸と略同じで、該可動子の移動方向と略直交する前記回転体の側部に配設したことを特徴とする。
【０００８】
請求項４に記載のロータリーエンコーダは、請求項１又は請求項２に記載の構成において、前記可動子の移動距離と前記センサの検出タイミングとが同期するように、前記磁石の配置に応じて前記スリットの幅若しくはスリットの間隔の少なくとも一方を変化させるとともに、前記回転体を平板状に形成して、前記センサを前記回転体の外周面に対応させて配置したことを特徴とする。
【０００９】
また、請求項５に記載のロータリーエンコーダは、請求項１乃至請求項４の何れかに記載の構成において、前記磁石の着磁方向と略平行な径方向の部位のスリットから、該着磁方向と略直交する径方向の部位のスリットに向かって、各スリットの幅若しくはスリットの間隔の少なくとも一方を段階的に変化させたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
請求項１に記載のロータリーエンコーダによれば、磁石の配置に応じてスリットの幅若しくはスリットの間隔の少なくとも一方を変化させ可動子の移動距離とセンサの検出タイミングとを同期させたから、高精度の位置制御が可能となる。
【００１１】
請求項２に記載のロータリーエンコーダによれば、磁石の配置に応じてスリットの幅若しくはスリットの間隔の少なくとも一方を変化させるとともに、隣り合うスリットの幅とスリットの間隔を等しくしたから、センサのオンとオフで信号を得られるため、検出精度を高めることができる。
【００１２】
請求項３に記載のロータリーエンコーダによれば、回転体、該回転体に配置した磁石及び可動子の位置関係により、移動する可動子に伴って回転する回転体の回転が速まるときに、広い幅のスリット部分若しくはスリットの間隔の広い部分がセンサに対応するから、回転体の回転が速まる部分において、確実に可動子の移動距離とセンサの検出タイミングとを同期させることができる。このように、センサを位置決めすることにより、装置のコンパクト化が可能となり設計性が高まる。
【００１３】
請求項４に記載のロータリーエンコーダによれば、回転体を平板状に形成し、センサを該回転体の外周面に対応させて配置したから、軸方向にセンサを配置して回転体に開口スリットを設ける場合に比して回転体の径を小さくでき、より装置全体の小型化を図ることができる。
【００１４】
請求項５に記載のロータリーエンコーダによれば、センサが、回転体の回転が速くなっていく場合は、スリット幅若しくはスリットの間隔が順次広くなっていくスリットが対応し、回転が遅くなっていく場合は、スリット幅若しくはスリットの間隔が順次狭くなっていくスリットに対応するから、回転体の回転が速くなっていく場合は、センサの検出タイミングが順次遅くなり、回転が遅くなっていく場合は、検出タイミングが速くなって、可動子の移動距離とセンサの検出タイミングとをより確実に同期させることができ、高精度の位置制御が可能となる。
【実施例】
【００１５】
本発明の実施例について添付図面を参照して説明する。図１は本発明の実施例に係るロータリーエンコーダ１とリニアモータの可動子２１の関係を示した模式図に示したものである。ロータリーエンコーダ１は、回転体２、該回転体２に配置した磁石９及びフォトマイクロセンサ１０とから構成される。可動子２１は、ヨーク２２に重ねたフェライト製板材２３に厚さ方向に着磁して、長手方向に一定長さ（２４ｍｍ）のＮ極とＳ極が交互に形成された磁極体２４から構成されている。リニアモータ本体及び固定子等は図示を省略している。
【００１６】
上記回転体２は、直径１５ｍｍのＡＢＳ樹脂製の一体成形品であり全体がクロム鍍金されている。図２に示すように、円盤形の本体３の中心に回転軸４が形成されている。本体３の一側端面５には、外周に沿ってリング状の突部６が形成され、該突部６に外周面から中心に向ってスリット７が円周方向に順次形成されている。また、本体３の他端面８には、磁石９が配置されている。磁石９は、図３の矢線Ｘ方向に着磁されたもので、同図の向って左側にＮ極、向って右側にＳ極が形成された２極構造のものである。
【００１７】
上記スリット７は、図３に示すように図の右側の上半分では、反時計回りに２０度、１７度、１３．２度、１３．２度、１２．６度、１４度の角度ピッチで形成されている。また、図の右側の下半分では、時計回りに２０度、１７度、１３．２度、１３．２度、１２．６度、１４度の角度ピッチで形成されている。そして、それぞれ隣り合うスリット７の幅とスリット７の間隔が等しく形成されている。図３の左側は、回転体２の回転中心に対して１８０度の回転対称なっており、右側と同様の要領で各スリット７が形成されている。また、スリット幅が最大となるスリット７が対向する径方向を、磁石９の着磁方向に合致させている。
【００１８】
フォトマイクロセンサ１０は、図１に示すように可動子２１からの距離が、回転体２の回転軸４と同じで、該可動子２の移動方向と平行な回転体２の外周部でスリット７に対応させて配設されている。フォトマイクロセンサ１０は、自ら発光する光が対象物で反射すると、その反射光を受光して信号を出力するタイプのものである。
【００１９】
上記構成のロータリーエンコーダ１は、可動子２１が移動すると磁極体２４の交互に異なる磁極と磁石９の磁極Ｎ，Ｓとの間に生じる吸引・反発作用により、磁石９及び回転体２が回転する。回転体２が可動子２１の移動に伴い回転すると、スリット７がフォトマイクロセンサ１０の前を順次通過する。回転体２は全体にクローム鍍金され表面が鏡面状になっている。このため、フォトマイクロセンサ１０は、順次通過するスリット７間の外周面が対応すると、該外周面で反射した光を受光して信号を出力する。この信号は、外周面のエッジで立ちあがり、スリット７のエッジで立ち下がるパルス信号となる。このフォトマイクロセンサ１０から出力された信号は、図示しない制御回路に送られる。
【００２０】
本実施例の場合、図３に示すように回転体２の外周には２４個のスリット７が形成されており、可動子２１が４８ｍｍ移動すると一回転し、可動子２１の移動距離２ｍｍ毎にフォトマイクロセンサ１０から信号が出力される。そして、フォトマイクロセンサ１０が、可動子２１からの距離が回転体２の回転軸４と同じで、該可動子２の移動方向と平行な回転体２の外周部でスリット７に対応させて配設されている。従って、フォトマイクロセンサ１０が、回転体２の回転が速くなっていく場合は、スリット幅が順次広くなっていくスリット７が対応し、回転が遅くなっていく場合は、スリット幅が順次狭くなっていくスリット７が対応する。
【００２１】
これにより、回転体２の回転が速くなっていく場合は、フォトマイクロセンサ１０の信号出力タイミングが順次遅くなり、回転が遅くなっていく場合は、信号出力タイミングが速くなって、フォトマイクロセンサ１０の信号出力のタイミングが補正され、可動子２１の移動とフォトマイクロセンサ１０の信号出力のタイミングとを同期させることができる。これにより、図４に示すように可動子２１の移動距離２ｍｍ毎に、フォトマイクロセンサ１０の信号出力が立ちあがる。従って、可動子の移動に対して、分解能２ｍｍの位置制御が可能となる。
【００２２】
上記実施例では、フォトマイクロセンサ１０を回転体２の外周面に配設したが、回転体２の側面に配設することもできる。この場合には、スリット７の間の平面部の一方で反射光が生じないようにするか、反射してもフォトマイクロセンサ１０により検出されないようにする必要がある。
【００２３】
以上の説明で明らかなように、上記実施例のロータリーエンコーダ１は、回転体２の回転むらに基づく、フォトマイクロセンサ１０の信号出力タイミングが補正され、確実に可動子２１の移動距離とフォトマイクロセンサ１０の信号出力タイミングとを同期させることができる。コイル可動型のリニアモータでは、ロータリーエンコーダを可動子側に配設することもできる。
【００２４】
他の実施例として、上記実施例の回転体２のスリット７に対応する部分に、スリット幅に対応する軸方向の開口を穿設し、フォトマイクロセンサ１０の代わりに開口を挟んでフォトカプラを配設する形態のロータリーエンコーダとすることもできる。この場合、フォトカプラは可動子２１からの距離が回転体２の回転軸と同じで、該可動子２１の移動方向と直交する回転体２の側部に配設する。この場合のロータリーエンコーダのエンコード作動は、上記実施例に準ずるから詳細な説明を省略する。また、図２のようにスリット７が周方向に貫通しているものではなく、スリットを途中まで形成されたものとすることができる。これにより、スリット間が破損する恐れを軽減できる。
【００２５】
さらに、スリットの幅若しくはスリットの間隔の一方を全て同じとし、他方のみ変化させることも考えられる。但し、本実施例のように隣り合うスリットの幅とスリットの間隔を同じ長さとした方が、始動時及び停止時にセンサに相対するのが、スリットであってもスリット間の平坦部であっても位置認識できるため、検出精度を高めることができる。また、本実施例では回転体２の磁石９を、Ｎ極とＳ極の２極構造としているが、複数極とすることもできる。但し、本実施例の２極構造の方が装置の小型化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】ロータリーエンコーダとリニアモータの可動子の関係を示した模式図である。
【図２】回転体の斜視図である。
【図３】スリットの詳細を示した回転体の正面図である。
【図４】可動子の移動距離とフォトマイクロセンサの信号出力タイミングを示した図である。
【図５】可動子の移動に伴う回転体の回転を示した説明図である。
【図６】回転体の回転むらを示した図である。
【符号の説明】
【００２７】
１  ロータリーエンコーダ
２  回転体
４  回転軸
７  スリット
９  磁石
１０  フォトマイクロセンサ
２１  可動子
２４  磁極体
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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